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摧毁理想的隐形梦想的应力波浪蓝沁

蓝沁
2022年09月22日

摧毁理想的“隐形”梦想的应力波浪

一项新的研究表明，无论是哈利波特的隐形斗篷，它能完美地控制物体周围的光波，使它们看不见，都将成为现实，还有待观察，但完善更重要的斗篷是不可能的。它可以完美地控制地面的应力波，就像那些从爆炸中发出的，围绕像建筑物这样的物体，使它们“不可触碰”。

尽管人们对数十篇关于“弹性动力”隐形的理论论文深表怀疑，但佐治亚理工学院的这项新研究的作者并不认为土木工程师应该完全放弃它，只是想要一个理想的斗篷有限的隐形衣仍然可以为结构增加一定程度的保护，特别是对地震中常见的一些应力波。

“有了隐形，有这样的期望，如果你从任何方向得到任何形式的压力波，斗篷应该能够隐藏物体。我们现在看到它是不可能的，”首席调查员Arash Yavari说。，乔治亚理工学院土木与环境工程学院教授，乔治W.伍德拉夫机械工程学院教授。“但是对于大范围的干扰，即面内干扰，你可能会设计一个好的斗篷。”

在地震中，平面内扰动是沿着平坦和宽阔或平面路径穿过地球表面的地震波。

Yavari和合着者Ashkan Golgoon是Yavari研究生的研究助理，于2019年5月16日在理论力学与分析论文杂志上发表了他们的研究，这是一本关于理论固体力学的领先期刊。该研究由陆军研究办公室资助。。

梦想斗篷

隐藏在应力波中的隐形梦想通过一个类似于它的结构甚至没有与隐形斗篷的梦想有很多共同之处，这种斗篷可以弯曲光线 - 电磁波 - 围绕物体然后将其指向另一个物体侧。

撞击观察者眼睛的光波将揭示物体背后的东西，而不是物体本身。在弹性动力学中，波浪不是电磁的，而是机械的，在地面上移动。假设，隐藏物体会将其与波浪完全隔离。

在一个场景中，保护核反应堆不受来自地面的任何应力波的影响，无论是来自天然还是人为的灾难，理想情况下，土木工程师可能会将反应堆的底部降低到地面以下的一个洞中。他们会用一种特殊的材料在它周围建造一个保护圆筒或一个半球形的地下盆，以控制围绕圆圈的应力波。

有梦想，然后有研究的结果。

“我们证明了斗篷的形状无关紧要，无论是球形还是圆柱形，都不能完全隐身，”亚瓦里说。

错误的比喻

许多来自电磁隐形的理论和数学已被转移到弹性动力学的隐形研究中，而前者中的一些似乎已经对后者施加了一个扳手。

“很多时候，来自其他领域的类比是有用的，但弹性会增加你在电磁学中没有的多种物理因素，”Yavari说。“例如，大多数研究文献都忽略了角动量的平衡。

角动量是旋转运动中质量的一个特性，它可以抵抗变化。许多人通过倾斜旋转的陀螺仪并观察它顽固地沿着意想不到的路径向下移动而经历了角动量。

虽然它是一个波，光是光子，没有质量。另一方面，应力波穿过物质 - 特别是固体物质而不是液体或气体 - 并且为这个等式增加了关键的现实世界动力学。

那些动态也会影响隐藏物体的洞。没有它，应力波在介质中非常均匀地传播，但是有了应力波，应力集中在孔周围并弄乱了波形的整齐几何形状。

罗马斗篷？

该怎么办？披风无论如何。如果不存在理想的解决方案，那就做一个不完美的解决方案。

“数学表明严格意义上的隐形是不可能的。当你明白这一点时，你就不会浪费时间，”亚瓦里说。“你制定的问题可以根据你所知道的目标应力或负荷进行优化。”

如果工程师使用的材料经过特殊的预应力处理，具有一定的弹性和密度分布，则可以防止重要的地震应力。真实的斗篷可能达不到理想，仍然很棒。

“如果不是100％的波浪能量，我只感觉10％或20％，这是一个巨大的交易，因为工程学不是追求绝对的理想，”亚瓦里说。

据麻省理工学院技术评论报告称，即使是古老的罗马人，众所周知的数学恐惧症，似乎也在他们的圆形剧场设计中无意中建造了地震斗篷。它们与现代实验隐形装置的相似性可能有助于在地震活跃地区保存它们2000年。

这项新研究还研究了土木工程中的一个流行观点，即用一系列具有微观结构的材料建造它们的“Cosserat solid”可能会产生完美的遮盖力。作者得出结论认为，这也行不通。该研究没有考虑所谓的超材料，这些材料因特别是光波的改变而备受关注。